Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
69
+ Động năng của cơ cấu ở thời điểm ban đầu t
0
:
00
()EE

=

ắ Xây dựng đồ thị
()
T
EJ
:
Trình tự tiến hành nh sau (hình 6.3):
+ Do
TTDTC
M
MM=+
nên nếu cộng đồ thị
()
TD
M

và
()

TC
M

sẽ suy đợc đồ thị
()
T
M

.
+ Vì
0
0
T
AMd





=

, do vậy nếu từ đồ thị
()
T
M

, dùng phơng pháp tích phân đồ thị sẽ suy
đợc đồ thị
()A


.
+ Do
00
EA




=
nên đồ thị ()A

cũng chính là đồ thị ()E


.
+ Ta có :
0
0
()EEE



=+
. Do vậy khi dịch trục

của đồ thị ()E


xuống phía dới một
đoạn E

0
sẽ suy đợc đồ thị ()E

.
+ Bằng cách khử

từ hai đồ thị ()E

và
()
T
J

sẽ xây dựng đợc đồ thị ()
T
E
J .

ắ Cách khử

từ hai đồ thị ()E

và
()
T
J









M
T
M
TĐ
M
TC
M
T

E, A


J
T
0

1

2

3

4

0


1

2

3

4

0 = 4

3

2

1

J
T

E
E
0




E
E
0
J

T
H
ình 6.3

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
70
ứng với một giá trị
k

nhất định, nhờ đồ thị ()E

và đồ thị
()
T
J

, ta xác định đợc các giá
trị
()
k
E

và
()
Tk
J

tơng ứng. Với cặp giá trị
[
]

();()
Tk k
JE


sẽ xác định đợc điểm K
tơng ứng của đồ thị ()
T
E
J . Đồ thị ()
T
E
J chính là tập hợp các điểm K vừa xác định.

ắ Xác định
1
()




Từ phơng trình (6.3) hay từ biểu thức
2
1
2
T
EJ

=
, suy ra :

2
1
()
() ()
2
k
kTk
EJ



=



2
1
2( )
()
()
k
k
Tk
E
J



=
Giá trị

k

ứng với một điểm K trên đồ thị
()
T
EJ
.
Gọi (x
k
,y
k
) là toạ độ của điểm K.
;
J
E
à
à
là tỷ
xích các trục của đồ thị
()
T
E
J
, ta có :
Ta có :
()
.
()
kkE E
k

Tk kJ J
Ey
tg
Jx

à
à

àà
==

Suy ra :
1
2
()
E
k
J
tg
à


à
=
(6.6)

ắ Ghi chú
+ Trong chế độ chuyển động bình ổn, cứ sau một chu kỳ động lực học



của máy,
()
T
J

và
()
A

(hay
()
E

) trở về giá trị ban đầu, do đó điểm K cũng trở về vị trí ban đầu. Vì vậy
đờng cong
()
T
EJ
là một đờng cong kín không bao quanh gốc O.
+ Việc cho
k

biến thiên cũng tơng ứng với việc cho điểm K chạy trên đờng cong
()
T
E
J

và ngợc lại.
+ Trong chế độ chuyển động bình ổn,

()
T
EJ
là đờng cong kín không bao quanh gốc O. Do
đó, nếu gọi Ot và Ot là tiếp tuyến dới và trên của đồ thị
()
T
E
J lần lợt hợp với trục hoành
góc
min

và
max

thì
k

sẽ dao động giữa hai cực trị
min max
,


:
min max
k

. ứng
với các cực trị
min max

,

, ta có các cực trị
min max
,


của vận tốc góc khâu dẫn :
max
1max
min
min
2
()
E
k
J
tg
à


à
=



min max
k






Đ4. Lm u chuyn ng mỏy
1) i cng v lm u chuyn ng mỏy
a) H s khụng u
Trong giai đoạn chuyển động bình ổn, vận tốc góc thực
1
()


khâu dẫn biến thiên có chu
kỳ xung quanh một giá trị trung bình nhất định (nghĩa là khâu dẫn chuyển động không đều).
Để đánh giá tính không đều của chuyển động, ngời ta dùng hệ số không đều

:

1max 1min
tb





=

Trong đó :
1max 1min
;



là các cực trị của
1
()


và
1max 1min
2
tb



+
=


Đối với mỗi máy, ngời ta quy định một giá trị cho phép
[
]

của hệ số không đều.
t
t
O
E(J
T
)
K


min


max


k

J
T
E
x
k
y
k
(
à

)
(
à
J
)
H
ình 6.4

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
71
Nếu
[

]



: máy đợc gọi là chuyển động đều.
b) Vn tc cc i v cc tiu cho phộp ca khõu dn
ứng với mỗi giá trị
tb

của khâu dẫn và giá trị hệ số không đều cho phép
[
]

, ta suy đợc các
cực trị cho phép của vận tốc góc thực
1
()


của khâu dẫn. Ta có :
[
]
[
]
1max 1min
2
tb


+=


[
]
[
]
[
]
1max 1min tb


=

Suy ra :
[]
[
]
1max
1
2
tb



=+


,
[]
[
]

1min
1
2
tb



=




c) Bin phỏp lm u chuyn ng mỏy






























Khi
[
]


>
: máy đợc gọi là chuyển động không đều. Khi đó, phải làm đều chuyển động
máy, tức là giữ nguyên
tb

, tìm cách giảm hệ số không đều

sao cho:
[
]




.


Thông thờng, momen quán tính thay thế J
T
của máy biến thiên tuần hoàn theo góc quay
của khâu dẫn

và gồm hai phần :
TC
JJJ

=
+

Với
C
J
là momen quán tính thay thế cho bản thân khâu dẫn và các khâu có tỷ số truyền cố
định đối với khâu dẫn; J

là momen quán tính thay thế cho các khâu còn lại của máy, J

là
đại lợng biến thiên theo góc quay

của khâu dẫn.






M
T
M
T
E, A


J
T
J
T

E
J
đ
J
T


J
T
E
O
O
E
0
H
ình 6.5


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
72

Dễ dàng chứng minh đợc rằng: Khi giữ nguyên
tb

và tăng momen quán tính thay thế
T
J
thêm một lợng
d
J
với
d
J
= hằng số (momen quán tính thay thế lúc này bằng
,
TTd
JJJ
=+
)
thì hệ số không đều

sẽ giảm xuống.






































Trong trờng hợp M
TĐ
và M
TC
chỉ phụ thuộc vào góc quay

:
()
TD TD
MM

=
;
()
TC TC
MM

=
có thể dùng đồ thị
()
T
EJ

để chứng minh nh sau :
9 Khi tăng J
T
thêm một lợng J
đ
với J

đ
= hằng số (tức là momen quán tính thay thế lúc này
bằng J
T
= J
T
+ J
đ
), vận tốc góc
1

của khâu dẫn có thể bị thay đổi, nhng do J
T

chỉ phụ thuộc

, nên đồ thị
()
T
J

không đổi dạng, chỉ có trục

dời về phía trái một lợng
J
đ
(hình 6.5).
Đồ thị
()
T

E
J
trở thành
,,
()
T
EJ
. Vận tốc
1

của khâu dẫn trở thành
,
1

.
9 Do momen thay thế M
T
= M
TĐ
+ M
TC
chỉ phụ thuộc vào góc quay

, nên đồ thị
()
E



không thay đổi.

9 Từ đó suy ra rằng đồ thị
()
T
EJ

và
()
T
EJ
không đổi dạng. Chỉ có trục E của đồ thị
,,
()
T
EJ
dời về phía trái một lợng J
đ
. Gốc O của đồ thị
,,
()
T
EJ
nằm tại một vị trí xác định
trên trục E (hình 6.6).
t
2
t
1
O
E(J
T

) hay E(J
T
)

min


max

J
T
E
E
a
b
O


max


min


E(J
T
) hayE(J
T
)
[


min
]

J
T

E
E
J
đ
O
H
[

max
]

H
ình 6.6
H
ình 6.
7


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
73
9 Từ O kẻ hai tiếp tuyến dới t
1
và trên t

2
với đồ thị
()
T
EJ
, suy đợc hai góc
min max
,
ứng
với các cực trị
min max
,


của
1

(hình 6.6).
9 Gọi
1
at
=
trục E,
2
bt
=
trục E. Ta xét ba trờng hợp sau :
Trờng hợp O thuộc nửa đờng thẳng ay+ :
Từ O kẻ hai tiếp tuyến dới và trên với đồ thị
,,

()
T
EJ
, ta suy ra đợc hai góc
,,
min max
,
ứng
với các cực trị
,,
min max
,


của
,
1

.
Ta thấy :
,
max max
min min
<



,
max max
11

min min

<



,,
,
11 1 1
max min max min
22
tb tb



++
=< =

Tức là
tb

giảm xuống (trái với giả thiết).
Trờng hợp điểm O thuộc by -
_
:
Tơng tự nh trên, ta cũng thấy rằng
tb

tăng lên ( trái với giả thiết).
Trờng hợp điểm O thuộc ab:

Ta có:
,
max max
<
,
,
min min
>



,
max max


<
,
,
min min


>
, do vậy có thể giữ nguyên giá
trị
tb

.
Khi
tb


đợc giữ nguyên thì :
,,
,
11 1 1
max min max min
tb tb





=
<=

Tức là hệ số không đều

đã giảm xuống.


Biện pháp làm đều chuyển động máy
Từ chứng minh trên, ta thấy rằng : Để hệ số không đều giảm xuống, cần tăng momen quán
tính thay thế J
T
thêm một lợng J
đ
với J
đ
= hằng số. Muốn vậy phải lắp trên khâu dẫn (hay trên
khâu có tỷ số truyền cố định đối với khâu dẫn) một khối lợng phụ gọi là bánh đà.
Giá trị momen quán tính J

đ
của bánh đà phải đợc chọn sao cho:
[
]



.
Ta sẽ xét trờng hợp giới hạn :
[
]


=
.
2) Xỏc nh momen quỏn tớnh ca bỏnh

Trờng hợp M
TĐ
và M
TC
chỉ phụ thuộc vào góc quay

:
()
TD TD
MM

=
,

()
TC TC
MM

=
,
có thể dùng đồ thị
()
T
EJ

để xác định momen quán tính của bánh đà (phơng pháp này đợc
gọi là phơng pháp Vit-ten-bauơ).


Số liệu cho trớc
Đồ thị
()
TD TD
MM

=
,
()
TC TC
MM

=
,
()

TT
JJ

=
. Cho thêm
tb

và
[
]

.

Giả sử bánh đà có momen quán tính J
đ
đợc lắp vào khâu dẫn. Khi lắp bánh đà vào khâu
dẫn, momen quán tính thay thế J
T
sẽ tăng thêm một lợng J
đ
với J
đ
= hằng số : J
T
= J
đ
+ J
T
.
Vận tốc góc

1

có thể bị thay đổi, nhng do J
T
chỉ phụ thuộc vào góc quay

, do đó đồ thị
()
T
J

không đổi dạng, chỉ có trục hoành dời về bên trái một lợng J
đ
. Do
T
M
chỉ phụ thuộc
góc quay

nên đồ thị
()
E


và
()
E

cũng không đổi dạng (hình 6.5).
Từ đó suy ra rằng đồ thị

()
T
E
J
và
()
T
E
J
cũng không đổi dạng : đồ thị
()
T
E
J
và
,,
()
T
EJ
trớc và sau khi lắp bánh đà có dạng nh nhau. Trục E của
,,
()
T
EJ
dời về bên trái so
với trục

E một lợng là J
đ
. Gốc O của đồ thị

,,
()
T
EJ
nằm tại một vị trí nào đó trên trục E.

Do vậy, momen quán tính của bánh đà đợc xác định bằng cách : Từ gốc O của đồ thị
,,
()
T
EJ
hạ đoạn thẳng OH vuông góc với trục E. Momen quán tính của bánh đà :

,
.
dJ
JOH
à
=


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
74

Cách xác định gốc
,
O của đồ thị
,,
()
T

EJ

Nếu biết trớc đồ thị
,,
()
T
EJ
và gốc O của đồ thị này, có thể suy ra các góc
[
]
[
]
max min
,


tơng ứng với các cực trị cho phép
[
]
[
]
max min
,

của vận tốc góc
1
()


của khâu dẫn : Từ

gốc O, kẻ hai tiếp tuyến trên và dới với đồ thị
,,
()
T
EJ
,
[
]
[
]
max min
,

chính là góc hợp bởi
hai tiếp tuyến nói trên với trục hoành.
Ngợc lại, nhờ biết trớc đồ thị
,,
()
T
EJ
, nhng cha biết gốc O, có thể xác định gốc O nh
sau : Kẻ hai tiếp tuyến trên t
2
và dới t
1
với đồ thị
,,
()
T
EJ

, lần lợt hợp với trục hoành góc
[
]
[
]
max min
,

. Giao điểm của hai tiếp tuyến trên chính là gốc O của đồ thị
,,
()
T
EJ
(hình 6.7).

Cách xác định
[
]
[
]
max min
,


Giá trị
[
]
[
]
max min

,

tơng ứng với các cực trị cho phép của
1
()


và với hệ số không đều
cho phép
[
]

.
Thế mà :
2
max 1max
min min
[]
2
J
E
tg
à

à

=






[]
2
2
max
min
1
22
J
tb
E
tg

à

à


=




với
[
]
1

<

<

[]
()
2
max
min
1
2
J
tb
E
tg
à


à

=





Trình tự xác định momen quán tính của bánh đà bằng đồ thị ()
T
EJ

:
Tóm lại, có thể xác định momen quán tính của bánh đà theo trình tự sau :

+ Cộng hai đồ thị ()
TD TD
MM

= ;
()
TC TC
MM

= , ta đợc đồ thị ()
T
M

.
+ Tích phân đồ thị ()
T
M

suy đợc đồ thị
()
A

. Đây cũng chính là đồ thị
()
E


.
+ Khử


từ hai đồ thị
()
T
J

và
()
E

suy đợc đồ thị
()
T
E
J

.
+ Tính
[
]
[
]
max min
, theo biểu thức
[]
()
2
max
min
1
2

J
tb
E
tg
à


à

=


.
+ Kẻ hai tiếp tuyến trên t
2
và dới t
1
với đồ thị
,,
()
T
EJ (hay cũng chính là đồ thị ()
T
EJ ), lần
lợt hợp với trục hoành góc
[
]
[
]
max min

,

+ Gọi
,
12
Ott=. Hạ OH vuông góc với trục tung của đồ thị ()
T
EJ
Ta có :
,
.
dJ
JOH
à
=


Ghi chú
9 Phơng pháp Vittenbauơ chỉ đợc dùng để xác định momen quán tính của bánh đà trong
trờng hợp M
TĐ
và M
TC
chỉ phụ thuộc vào góc quay

.
9 Trờng hợp M
TĐ
và M
TC

có phụ thuộc vào vận tốc góc
1
của khâu dẫn, không thể dùng
phơng pháp này để tính bánh đà. Bởi vì, trong trờng hợp này, khi lắp bánh đà vào khâu dẫn,
vận tốc góc
1
đã bị thay đổi, các đồ thị M
TĐ
và M
TC
cũng bị thay đổi theo, dạng của đồ thị
,,
()
T
EJ không còn giống dạng đồ thị
()
T
E
J

nữa, nghĩa là ta không thể xác định đợc dạng
của đồ thị
,,
()
T
EJ , không thể kẻ hai tiếp tuyến nh trên hình 6.7 để tìm gốc O và xác định
momen quán tính của bánh đà.

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
75

9 Trờng hợp bánh đà đợc lắp trên khâu thứ i có tỷ số truyền cố định đối với khâu dẫn, thì
momen quán tính J
d
tìm đợc trên đây chính là momen quán tính thay thế của bánh đà về khâu
dẫn. Momen quán tính thực
i
d
J của bánh đà đợc tính nh sau :
2
1
i
dd
i
JJ



=



Trong đó :
i

là vận tốc góc của khâu thứ i có lắp bánh đà.


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
76
Chng VII


HIU SUT

Đ1. Khỏi nim v hiu sut

Ta đã biết rằng khi máy chuyển động bình ổn, sau từng khoảng thời gian bằng chu kỳ động
lực học

của máy, công động cung cấp cho máy và công cản mà máy tiêu hao phải cân
bằng nhau:
A
A=
ĐC

Thế mà :
CI
AA A=+
CMS

Với :
CI
A và A
MS
lần lợt là công dùng để khắc phục các lực cản có ích và công tiêu hao bởi
các lực ma sát trong các khớp động trong một chu kỳ động lực học của máy.
Do đó : ()
CI
AAA= +
ĐMS


Nh vậy, công động cung cấp cho máy một phần đợc dùng để khắc phục các lực cản có ích,
phần còn lại tiêu hao do ma sát trong các khớp động.
Để đánh giá hiệu quả sử dụng công động của máy, ngời ta sử dụng hiệu suất :

CI
A
A

=
Đ
(7.1)
Do ()
CI
AAA= +
ĐMS

CI
A
AA
=
Đ
MS

A
A
A


=
Đ

MS
Đ


1
A
A

=
MS
Đ
(7.2)
Gọi
A
A

=
MS
Đ
là hệ số tổn thất, ta có :
1


=

(7.3)
Trong cơ cấu, công của lực ma sát luôn luôn khác không, do đó từ (7.2) suy ra:
1

< .

Khi A
A
=
Đ
MS
, tức là toàn bộ công động cung cấp bị tiêu hao do ma sát trong các khớp động,
từ (7.2) suy ra:
0

= .
Để máy hay cơ cấu chuyển động đợc, phải có: A
A
>
Đ
MS
, do đó từ (7.2) suy ra:
0

> .
Tóm lại:
01

<

Khi tính toán nếu hiệu suất
0

<
thì điều này chứng tỏ rằng cơ cấu đang rơi vào trạng thái tự
hãm.

Đ2. Hiu sut ca mt chui khp ng (hay chui c cu)
Hiệu suất của từng khớp động có thể xác định bằng thực nghiệm hay tính toán. Trong các tài
liệu kỹ thuật, thờng cho trớc hiệu suất của các khớp động thông dụng, ví dụ hiệu suất của
một cặp bánh răng, của ổ bi Làm thế nào để xác định hiệu suất của một chuỗi khớp động
hay của một chuỗi cơ cấu ?
1) Trng hp chui khp ng ni tip
Xét một chuỗi gồm n khớp động nối tiếp (hình 7.1).
Gọi
i

là hiệu suất của khớp động thứ i.
9 Xét khớp động thứ 1 : Gọi
A
Đ
là công động cung cấp. Công có ích nhận đợc là
A
1
. Hiệu
suất của khớp :
1
1
A
A

=
Đ
.

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
77

9 Với khớp động thứ 2, công cung cấp là
1
A
, công có ích nhận đợc là
2
A
. Hiệu suất của
khớp động :
2
2
A
A

=
1
.
9 Với khớp động thứ n, công cung cấp là
1n
A

, công có ích nhận đợc là
CI
A
. Hiệu suất của
khớp :
1
CI
n
n
A

A


=
.
9 Với chuỗi khớp động, cung cung cấp là
A
Đ
, công có ích nhận đợc là
CI
A
.
Do đó, hiệu suất của chuỗi khớp động nối tiếp :
1
. .
ci ci
n
n
AAAAA
AAA AA


==
n-1 2 1
Đn-21Đ

12
.
n



=

1
n
i
i


=
=








2) Trng hp chui khp ng song song
Xét một chuỗi gồm n khớp động song song
(hình 7.2).
Gọi
i

là hiệu suất của khớp động thứ i.
9 Với khớp động thứ i: Công cung cấp
,
i
A

,
công có ích nhận đợc
i
A . Hiệu suất của khớp:
,
i
i
i
A
A

=
9 Với toàn bộ chuỗi khớp động : Công suất
cung cấp
,
1
n
i
i
AA
=
=

đ

1
n
i
i
i

A
A

=
=

đ
. Công
suất có ích nhận đợc
1
n
i
i
AA
=
=

ci
.
Do đó, kiệu suất của chuỗi khớp động song song:
1
1
11
n
n
i
i
CI
i
i

nn
ii
ii
ii
A
A
A
AA
A



=
=
==
== =




Đ

3) Trng hp chui khp ng hn hp
Xét trờng hợp tổng quát : Hệ thống gồm m chuỗi khớp động nối tiếp bố trí song song với
nhau (hình 7.3). Mỗi chuỗi khớp động nối tiếp gồm n khớp động.
9 Với toàn bộ hệ thống: Công cung cấp :
,
1
m
j

j
AA
=
=

đ
, công có ích nhận đợc :
1
m
j
j
AA
=
=

CI

Hiệu suất của hệ thống :
1
1
,,
11
m
m
j
j
j
j
CI
mm

D
jj
jj
A
A
A
A
AA

=
=
==
== =




(7.4)

Hỡnh 7.1
D
A
1

2

1n
A

CI

A
n


.
Hỡnh 7.2
D
A
CI
A
,
n
A
,
1n
A

,
2
A
,
1
A
1

2

1n



n

1
A
2
A
1n
A

2n
A


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
78
9 Với chuỗi khớp động nối tiếp thứ j : Công cung cấp :
,
j
A
, công có ích nhận đợc :
j
A
.
Hiệu suất của chuỗi khớp động nối tiếp thứ j :
,
j
j
j
A
A


=
. Suy ra :
,
j
j
j
A
A

=
.
Gọi
ij

là hiệu suất của mỗi khớp động trong chuỗi nối tiếp thứ j (i = 1, , n), ta có:
1
n
jij
i


=
=

.
Do đó :
,
1
jj

j
n
j
ij
i
AA
A


=
==

(7.5)
Thay (7.5) vào (7.4), suy ra :
1
1
1
m
j
j
CI
m
D
j
n
j
ij
i
A
A

A
A


=
=
=
==


















Hỡnh 7.3
D
A
CI

A
,
m
A
,
j
A
,
1
A
11

1 j

1m

1
A
j
A
m
A
1i

1n

nm

nj


ij

im


Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
79
Chng VIII

IU CHNH T NG CHUYN NG CA MY

Đ1. t vn

Để máy chuyển động bình ổn, sau một khoảng thời gian nhất định, công động và công cản
phải cân bằng nhau :
D
C
AA=
. Khi đó vận tốc góc
1

của khâu dẫn biến thiên có chu kỳ xung
quanh một giá trị trung bình
tb

xác định. Nếu biên độ dao động của
1

vợt quá giá trị cho
phép, thì phải dùng bánh đà để làm đều chuyển động máy. Đây là nội dung của bài toán làm

đều chuyển động thực của máy.

Tuy nhiên, trong quá trình làm việc, tải trọng của máy có thể biến thiên bất thờng. Khi đó
công động và công cản không cân bằng nhau nữa, chuyển động của máy sẽ mất bình ổn. Để
bảo đảm chuyển động của máy luôn luôn bình ổn, mặc dù có sự thay đổi bất thờng của tải
trọng, phải dùng biện pháp điều chỉnh tự động để điều chỉnh công động cung cấp cho máy sao
cho công động và công cản trở lại cân bằng nhau.

Điều chỉnh tự động chuyển động của máy là một lĩnh vực hẹp của lý thuyết điều chỉnh tự
động.

Có thể dùng các bộ điều chỉnh khác nhau dùng đến các thiết bị điện, điện tử hay cơ khí, ở
đây, chỉ giới thiệu bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm là loại chỉ dùng các thiết bị cơ khí. Bộ điều
chỉnh vận tốc ly tâm đợc sử dụng rộng rãi trong các động cơ nổ.
Đ2. B iu chnh vn tc ly tõm trc tip
1) Cu to
Bộ điều chỉnh vận tốc ly
tâm trực tiếp bao gồm các
phần tử sau đây (hình 8.1) :
Trục quay OO
Cơ cấu tay quay con trợt
kép ABCD mang quả nặng
A.
Hệ thống cánh tay đòn
EFGH.
Van V.
ống dẫn chất sinh công.
Lò xo.





2) Nguyờn lý lm vic

Trục quay OO đợc nối với khâu dẫn của máy bằng một cơ cấu có tỷ số truyền không đổi,
do đó vận tốc góc trung bình của trục quay OO tỷ lệ với vận tốc góc trung bình
1

của khâu
dẫn.

Khi máy chuyển động bình ổn, trục OO có vận tốc góc trung bình là
0

.
Lúc này, lực ly tâm do các quả nặng A :
2
0
2
AA
Pmx

=

Với : m
A
: khối lợng của quả nặng A
x : khoảng cách từ tâm quả nặng A đến trục OO.

Lực ly tâm P

A
có xu hớng kéo quả nặng A đi lên và đợc gọi là lực nâng.

0
O

D

A

B

C

O

x

E

F

G

H

V

z


(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

H
ình 8.1

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
80
Trọng lợng quả nặng, trọng lợng các khâu, lực phục hồi của lò xo có xu hớng kéo quả
nặng đi xuống. Các lực này đợc gọi là lực hạ.
Dới tác động của lực nâng và lực hạ, quả nặng A hay cơ cấu sẽ có một vị trí cân bằng nhất
định, ứng với một giá trị của lực nâng P
A
hay ứng với một vị trí nhất định của con trợt D (xác
định bằng tọa độ z). Vị trí cân bằng này ứng với một giá trị nhất định của
0

.

Khi có sự thay đổi bất thờng của tải trọng bên ngoài, ví dụ khi tải trọng tăng. Khi đó công
cản A

C
mà máy tiêu thụ

tăng lên, vận tốc
0

giảm xuống, khiến lực nâng P
A
giảm xuống, làm
cho quả nặng A và con trợt D đi xuống, thông qua hệ thống cánh tay đòn EFGH mở rộng van
V, tăng thêm chất sinh công đi vào động cơ. Nhờ đó công động A
Đ
cung cấp cho máy tăng
lên, sự cân bằng giữa công động và công cản đợc phục hồi, vận tốc góc
0

trở lại ổn định
(hình 8.2).
3) Mt s khỏi nim c bn
Hãy làm quen với một vài khái niệm cơ bản dùng trong lý thuyết điều khiển tự động :
+ Động cơ nổ đợc gọi đối tợng cần điều chỉnh
+ Vận tốc góc
0

của trục quay OO đợc gọi là thông số cần điều chỉnh
+ Sự thay đổi bất thờng của tải trọng bên ngoài đợc gọi là kích động
+ Sự sai lệch của thông số điều chỉnh
0

so với giá trị ban đầu đợc gọi là tín hiệu điều chỉnh

+ Con trợt D và cơ cấu tay quay con trợt kép ABCD có nhiệm vụ phát hiện sự sai lệch của
thông số điều chỉnh so với yêu cầu đợc gọi là phần tử nhạy
+ Hệ thống cánh tay đòn EFGH chịu tác động của phần tử nhạy và có nhiệm vụ đóng mở van
V, điều chỉnh chất sinh công đi vào động cơ, để đa thông số điều chỉnh trở về giá trị yêu cầu,
đợc gọi là phần tử chấp hành.
+ Hệ thống gồm bộ điều chỉnh tự động và đối tợng cần điều chỉnh (động cơ) đợc gọi là hệ
điều chỉnh tự động.
4) u nhc im ca b iu chnh vn tc ly tõm trc tip
Bộ điều chỉnh vừa nêu trên đây đợc gọi là bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm trực tiếp. Sở dĩ có tên
gọi nh vậy, bởi vì phần tử nhạy của bộ điều chỉnh này đợc nối trực tiếp với phần tử chấp
hành.

u điểm
Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm trực tiếp có kết cấu đơn giản.

Nhợc điểm
- Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm trực tiếp không nhạy với các tín hiệu nhỏ :
Công phát sinh do sự biến thiên của lực quán tính P
A
khi
0

thay đổi, vừa dùng để nâng hạ các
quả nặng (tức là cung cấp năng lợng cho
phần tử nhạy), vừa đợc dùng để đóng mở
van V (tức là dẫn động phần tử chấp hành).
Do đó, khi kích động không đủ lớn, năng
lợng nói trên không đủ để dẫn động phần
tử chấp hành, hệ thống sẽ không hoạt
động.

- Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm trực tiếp để
lại một sai số tĩnh khác không sau quá
trình điều chỉnh:
Khi chuyển động bình ổn mới đợc xác
lập, công cản A
C
và do vậy công động A
Đ

đã khác trớc, do đó vị trí van V và con
trợt D cũng phải khác trớc. Vì mỗi vị trí
của con trợt D ứng với một vận tốc
0


t
chu
y
ển tiế
p


0


0

0



0

0
cũ
mới
H
ình 8.2

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
81
nhất định, nên trong chế độ chuyển động bình ổn mới đợc tái lập, vận tốc
0

đã có một trị số
,
0

khác trớc :
,
00



. Sai số
,
00


=
đợc gọi là sai số tĩnh :

0


(hình 8.2).
Đ3. Cỏc b iu chnh vn tc ly tõm giỏn tip
9 Để khắc phục nhợc điểm không nhạy với các tín hiệu nhỏ của bộ điều chỉnh trực tiếp,
ngời ta dùng bộ điều chỉnh gián tiếp, trong đó năng lợng dẫn động phần tử chấp hành không
lấy trực tiếp từ phần tử nhạy mà thông qua một phần tử khuyếch đại.
9 Trong các bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián tiếp, phần tử khuyếch đại là một hệ thống
thủy lực còn đợc gọi là động cơ trợ động.
1) B iu chnh vn tc ly tõm giỏn tip phi tnh
a) Cu to
Khác với bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm trực tiếp ở chỗ có thêm một hệ thống thuỷ lực gồm
píttông 1 và 2 chuyển động trong các xi lanh 1 và 2 chứa dầu và các ống dẫn a, b, c, d , e (hình
8.3).
b) Nguyờn lý lm vic

Khi máy chuyển động bình
ổn, cơ cấu có một vị trí cân bằng
nhất định ứng với một vị trí nhất
định của con trợt D, ứng với
một vận tốc góc trung bình
0


nhất định của trục quay OO. Khi
đó píttông nằm ở vị trí đóng kín
các cửa d, e. Các khoang của
xilanh 2 đợc tức dầu, sẽ đợc
giữ ở một vị trí xác định, ứng với

một vị trí xác định của van V.

Khi có sự thay đổi bất thờng
của tải trọng bên ngoài, ví dụ khi
tải trọng tăng. Khi đó công cản
A
C
mà máy tiêu thụ

tăng lên,
vận tốc
0

giảm xuống, khiến
lực nâng P
A
giảm xuống, làm
cho quả nặng A và con trợt D
đi xuống, thông qua hệ thống
cánh tay đòn EFGH kéo píttông
1 đi xuống, cửa a thông với d,
cửa e thông với c, dầu cao áp từ
ống a đi qua ống d vào khoang
trên của xilanh 2, dầu ở mặt dới
của píttông 2 theo ống e và c
thoát ra ngoài. Nhờ đó píttông 2 đi xuống, thông qua hệ thống cánh tay đòn EFGH mở rộng
van V, tăng thêm chất sinh công đi vào động cơ, khiến công động A
Đ
cung cấp cho máy tăng
lên, một mặt phục hồi sự cân bằng giữa công động và công cản, vận tốc góc

0

tăng trở lại.
Mặt khác, khi vận tốc góc
0

bắt đầu tăng trở lại, lực nâng P
A
tăng lên, con trợt D và píttông
1 đi lên trở lại, đóng dần hai cửa d, e. Chỉ khi nào píttông 1 trở về vị đóng kín hoàn toàn hai
cửa d, e (vị trí ban đầu) thì píttông 2 mới thôi đi xuống và van V mới ngừng hẳn, không mở
rộng nữa.
c) u nhc im

u điểm

O

D

A

B

C

O

E


a

b

d

e

c

F
G

H

V

píttông 2
xi lanh 2

píttông 1
xi lanh 1

O
1
H
ình 8.3

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
82

- Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián
tiếp phi tĩnh nhạy với những tín hiệu
nhỏ, bởi vì năng lợng để dẫn động
phần tử chấp hành không lấy trực
tiếp từ phần tử nhạy mà thông qua
phần tử khuyếch đại.
- Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián
tiếp phi tĩnh không để lại sai số tĩnh :
,
00
0

= =
. Thật vậy, khi chế
độ chuyển động bình ổn mới đợc
xác lập, công cản A
C
và do vậy công
động A
Đ
đã khác trớc, do đó vị trí
van V cũng khác trớc. Tuy nhiên vị
trí píttông 1 vẫn nằm tại vị trí đóng
kín các cửa d và e, nghĩa là vẫn nh trong chế độ bình ổn ban đầu, do đó vị trí của con trợt D
cũng nh vận tốc góc
0

vẫn không khác trớc :
,
00



=
tức là sai số tĩnh
,
00
0

= =

(hình 8.4).

Nhợc điểm
Trong bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián tiếp phi tĩnh có thể xảy ra hiện tợng mất ổn định
động lực học : Thật vậy, khi công động A
Đ
tăng lên để phục hồi chế độ chuyển động bình ổn
thì
0

hiện đang giảm tăng trở lại, làm cho píttông 1 đi lên trở lại, trở về vị trí đóng kín hai
cửa d và e. Chỉ khi nào píttông 1 đóng kín hoàn toàn hai cửa d và e thì van V mới ngừng hẳn,
không mở rộng nữa. Tuy nhiên, do có quán tính, van V có thể đã mở quá mức cần thiết, làm
cho A
Đ
lớn A
C
, quá trình điều chỉnh ngợc lại có thể xảy ra, khiến cho van V có thể dao động
liên tục (hiện tợng này đợc gọi là hiện tợng mất ổn định động lực học).
2) B iu chnh vn tc ly tõm giỏn tip cú liờn h ngc cng

Để khắc phục hiện tợng
mất ổn định động lực
học của bộ điều chỉnh
vận tốc ly tâm gián tiếp
phi tĩnh thì cần phải
đóng dần hai cửa d và e
của xi lanh 1 ngay trong
quá trình đóng mở van
V, tức là ngay trong quá
trình điều chỉnh.
Muốn vậy, phải có thêm
một liên hệ ngợc sao
cho ngay khi hệ thống
cánh tay đòn EFGH hoạt
động đóng mở van V thì
đồng thời, thông qua liên
hệ ngợc, cũng đa
píttông 1 về vị trí đóng
dần hai cửa d, e.
a) Cu to
Tơng tự nh bộ điều
chỉnh vận tốc ly tâm gián
tiếp phi tĩnh, nhng ở
đây có thêm liên hệ
ngợc. là hệ thống cánh
t
chu
y
ển tiế
p



0


0


0
= 0

0
cũ
mới
H
ình 8.4

O

D

A

B

C

O

E


a

b

d

e

c

F
G

H

V

píttông 2
xi lanh 2

píttông 1
xi lanh 1

M

P

N


Q

E
H
ình 8.5

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật
83
tay đòn PMDNQ nối từ phần tử chấp hành EFGH đến píttông 1. Liên hệ ngợc này đợc gọi
là liên hệ ngợc cứng vì hệ thống cánh tay đòn PMDNQ là hệ thống cứng, giữa tín hiệu hai
đầu liên hệ ngợc có quan hệ tỷ lệ (hình 8.5).
b) Nguyờn lý lm vic

Khi máy chuyển động bình ổn, cơ cấu có một vị trí cân bằng nhất định ứng với một vị trí
nhất định của con trợt D, hay ứng với một vận tốc góc trung bình
0

nhất định của trục quay
OO. Khi đó píttông nằm ở vị trí đóng kín các cửa d, e. Các khoang của xilanh 2 đợc tức dầu,
sẽ đợc giữ ở một vị trí xác định, ứng với một vị trí xác định của van V.


Khi có sự thay đổi bất thờng của tải trọng bên ngoài, ví dụ khi tải trọng tăng. Khi đó công
cản A
C
mà máy tiêu thụ

tăng lên, vận tốc
0


giảm xuống, khiến lực nâng P
A
giảm xuống, làm
cho quả nặng A và con trợt D đi xuống. Do lúc bắt đầu quá trình điều chỉnh, hai khoang của
píttông 2 đợc tức dầu, nên khi con trợt D đi xuống, điểm N và vì vậy píttông 1 cũng đi
xuống, mở ống a thống với d, ống e thông với c. Dầu cao áp từ a qua d vào khoang trên của
píttông 2, dầu từ khoang dới của píttông 2 qua e và c chảy ra ngoài, khiến cho píttông 2 đi
xuống:
- Một mặt, thông qua hệ thống cánh tay đòn EFGH, mở rộng van V, tăng thêm chất sinh công
đi vào động cơ, nhờ đó công động A
Đ
tăng lên, phục hồi sự cân bằng giữa công động và công
cản.
- Mặt khác, thông qua liên hệ ngợc PMDNQ, kéo píttông 1 đi lên, đóng dần dần hai cửa d và
e. Khi sự cân bằng giữa công động và công cản đợc phục hồi hoàn toàn thì píttông 1 cũng
vừa đóng kín hai cửa d và e, van V không mở rộng thêm nữa. Nhờ vậy khắc phục đợc hiện
tợng mất ổn định động lực học.
c) u nhc im

u điểm
Khắc phục đợc hiện tợng mất ổn định động lực học.


Nhợc điểm
Bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián tiếp có liên hệ ngợc cứng để lại sai số tĩnh khác 0. Thật
vậy, khi chế độ chuyển động bình ổn mới đợc phục hồi, công động A
Đ
và vì vậy vị trí van V
khác trớc. Do hệ thống cánh tay đòn HGFEPM là một hệ thống cứng nên vị trí điểm M cũng
phải khác trớc. Trong khi đó khi chuyển động bình ổn mới đợc tái lập, vị trí píttông 1 và do

vậy vị trí điểm N vẫn nh cũ, nên con trợt D phải có một vị trí mới khác trớc ứng với một
vận tốc góc
,
0

khác trớc : sai số tĩnh
,
00
0


=
.
3) B iu chnh vn tc ly tõm giỏn tip cú liờn h ngc mm
Để khắc phục nhợc điểm là để lại sai số tĩnh khác 0 của bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm gián
tiếp có liên hệ ngợc cứng, đồng thời vẫn bảo đảm vẫn đảm bảo đợc tính ổn định động lực
học của hệ thống, ngời ta phải dùng liên hệ ngợc mềm. Liên hệ ngợc mềm cũng nối từ
điểm E đến điểm M nh liên hệ ngợc cứng, nhng có bố trí thêm một lò xo và một bộ giảm
chấn, nhờ đó quan hệ chuyển vị của hai điểm E và M không còn là tuyến tính.
Với liên hệ ngợc mềm, hai nhợc điểm là mất ổn định động lực học và sai số tĩnh khác
không của các bộ điều chỉnh vận tốc ly tâm đợc khắc phục.
Đ3. Nhn xột v cu trỳc ca mt h iu chnh t ng
Một hệ điều chỉnh tự động nói chung bao gồm (hình 8.6)
Đối tợng cần điều chỉnh với thông số cần điều chỉnh
2. Bộ điều chỉnh tự động gồm có các phần tử :
+ Phần tử nhạy : có nhiệm vụ phát hiện độ lệch của thông số điều chỉnh so với yêu cầu và đa
ra tín hiệu điều khiển.
+ Phần tử khuyếch đại : nhằm tăng thêm công suất của tín hiệu điều khiển.

Bài giảng Nguyên lý máy, Chuyên ngành Cơ khí chế tạo Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật

84
+ Phần tử chấp hành: có nhiệm vụ thực hiện động tác điều chỉnh để đa thông số điều chỉnh
trở về giá trị yêu cầu
+ Ngoài ra, còn có liên hệ ngợc (hay còn gọi là phản hồi phụ) để cải thiện điều kiện làm việc
của hệ thống.




















B iu chnh t ng
Phần tử
chấp hành
Phần tử khu
y

ếch đại
Phần tử
khuyếch đại
Liên hệ n
g
ợc

0
i tng iu chnh
Phần tử
nhạy
Hình

8.
6